Wie berechnet man Konzentrationen?

Konzentrationen berechnen: Ein umfassender Überblick

Die Bestimmung der Konzentration einer Lösung ist in Chemie, Biologie und vielen anderen Wissenschaften fundamental. Sie gibt an, wie viel von einem Stoff (dem gelösten Stoff) in einer bestimmten Menge einer Mischung (der Lösung) vorhanden ist. Die Berechnung der Konzentration hängt dabei stark von der gewählten Konzentrationsangabe ab. Wir betrachten hier die gängigsten Methoden.

1. Stoffmengenkonzentration (Molarität):

Die wohl bekannteste Methode ist die Angabe der Konzentration als Stoffmengenkonzentration oder Molarität (c). Sie beschreibt die Stoffmenge (n) des gelösten Stoffes in Mol pro Volumeneinheit (V) der Lösung in Litern. Die Formel lautet:

c = n / V

• c: Stoffmengenkonzentration in mol/L (auch M abgekürzt)
• n: Stoffmenge des gelösten Stoffes in Mol (berechnet aus Masse (m) und molarer Masse (M): n = m/M)
• V: Volumen der Lösung in Litern

Beispiel: 20 g Natriumchlorid (NaCl) werden in Wasser gelöst und ergeben 500 ml Lösung. Die molare Masse von NaCl beträgt 58,44 g/mol.

1. Stoffmenge berechnen: n = 20 g / 58,44 g/mol ≈ 0,342 mol
2. Volumen umrechnen: V = 500 ml = 0,5 L
3. Konzentration berechnen: c = 0,342 mol / 0,5 L = 0,684 mol/L Die Lösung hat also eine Konzentration von 0,684 M.

2. Massenkonzentration:

Die Massenkonzentration (ρ) gibt die Masse (m) des gelösten Stoffes in Gramm pro Volumeneinheit (V) der Lösung in Litern an:

ρ = m / V

• ρ: Massenkonzentration in g/L
• m: Masse des gelösten Stoffes in Gramm
• V: Volumen der Lösung in Litern

3. Massenanteil (w):

Der Massenanteil gibt das Verhältnis der Masse des gelösten Stoffes (m) zur Gesamtmasse der Lösung (m_ges) an:

w = m / m_ges

Der Massenanteil ist dimensionslos und wird oft als Prozentwert (%) angegeben.

4. Volumenanteil (φ):

Der Volumenanteil (φ) ist analog zum Massenanteil definiert, jedoch mit Volumina statt Massen:

φ = V_{gelöster Stoff} / V_ges

Auch der Volumenanteil ist dimensionslos und wird oft in Prozent angegeben. Diese Angabe ist vor allem bei Flüssig-Flüssig-Mischungen relevant.

5. ppm und ppb:

Für sehr stark verdünnte Lösungen werden oft ppm (parts per million) und ppb (parts per billion) verwendet:

• ppm = (Masse des gelösten Stoffes / Gesamtmasse der Lösung) x 10⁶
• ppb = (Masse des gelösten Stoffes / Gesamtmasse der Lösung) x 10⁹

Umrechnungen: Die verschiedenen Konzentrationsangaben lassen sich ineinander umrechnen, sofern die notwendigen Informationen (z.B. Dichte) vorliegen.

Fazit:

Die Wahl der geeigneten Konzentrationsangabe hängt vom jeweiligen Kontext und den zur Verfügung stehenden Informationen ab. Ein sorgfältiges Verständnis der verschiedenen Methoden und deren Anwendung ist essentiell für korrekte Berechnungen und Interpretationen in den Naturwissenschaften. Die hier vorgestellten Formeln bilden eine Grundlage für die Berechnung vieler weiterer, abgeleiteter Konzentrationsangaben.